黃鳳河

摘要：煤礦地溫是礦井內(nèi)圍巖散發(fā)出來的地球內(nèi)部熱量，它是礦井內(nèi)空氣增溫的主要熱源，既是礦井熱害的根源，又是一種寶貴的地下熱源。當(dāng)?shù)V井內(nèi)環(huán)境氣溫超過人體正常熱平衡所能忍受的溫度時(shí)，將出現(xiàn)井下工人勞動(dòng)效率降低，事故頻率增加，工人健康受損，甚至中暑休克的現(xiàn)象。因此，對(duì)煤礦地溫研究意義重大。文中通過對(duì)某井概況進(jìn)行介紹，闡述了影響地溫的因素以及應(yīng)對(duì)措施，針對(duì)本井況的環(huán)境現(xiàn)狀，制定出了降溫實(shí)施方案，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試知，降溫系統(tǒng)降溫效果良好。

關(guān)鍵詞：地溫;危害;措施;降溫系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD727

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0140-02

0引言

隨著我國(guó)工業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭的需求量在不斷的增加，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，煤炭資源約占我國(guó)能源總量的70%。因此，近年來，我國(guó)工業(yè)對(duì)煤炭的依賴性仍不減當(dāng)前。隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的蓬勃發(fā)展，礦井深度在不斷的加深，由此因礦井深度產(chǎn)生的地?zé)釂栴}不容忽視。煤礦地溫既是一種清潔能源，可以進(jìn)行開發(fā)和利用，又是一種地質(zhì)災(zāi)害需要進(jìn)行防治措施。因此，對(duì)煤礦地溫研究很有必要。

1井況概況

某煤礦處在潘集背斜和陳橋背斜的結(jié)合帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多，開采條件惡劣，是高瓦斯、高地壓、高地溫的突出礦井。礦井第一水平標(biāo)高-826m，西部輔助水平標(biāo)高-910m。地勘鉆井時(shí)，顯示全井田地溫梯度2.3～4.0C/hm，煤系地層地溫梯度高達(dá)4.0"C/hm，平均地溫梯度3.21°C/100m，屬于高溫類地溫異常區(qū);-826m水平原始巖溫為42.5°C，井田熱害區(qū)等級(jí)劃分為二級(jí)熱害區(qū);采掘工作面的風(fēng)流溫度大于32°C，劃分為三級(jí)熱害礦井。每年的7、8、9三個(gè)月，受地面高溫影響，井下溫度隨地面大氣參數(shù)晝夜作周期性變化，更加劇了井下熱害程度，采掘工作面進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)30～34"C，回風(fēng)溫度達(dá)36～40C，采煤工作面上隅角高達(dá)45C，濕度也始終在95%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年因井下高溫中暑的工人都多達(dá)數(shù)百人。因此，對(duì)煤礦地溫研究意義重大。

2地溫的危害

（1）出現(xiàn)熱風(fēng)壓，擾亂礦井正常的通風(fēng)系統(tǒng)，局部出

現(xiàn)循環(huán)風(fēng)”2。根據(jù)礦井在1～3月份的記錄，在某副井尚未貫通的情況下，位置在-800m處，由于地溫作用，礦井中出現(xiàn)了熱風(fēng)壓現(xiàn)象，從而導(dǎo)致在-500m處出現(xiàn)了系統(tǒng)循環(huán)通風(fēng)。此過程可描述為：風(fēng)流從工作面蔓延至副井產(chǎn)生回風(fēng)現(xiàn)象，而部分風(fēng)流進(jìn)入了-500m處副絞房，最后回到掘進(jìn)工作面。

（2）井下職工工作效率降低，井況事故率攀升。由于礦井內(nèi)的溫度升高，井下工作人員出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，體能消耗大，中樞神經(jīng)興奮區(qū)得到了抑制，注意力分散，從而容易引發(fā)人身事故。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在高溫情況下掘進(jìn)隊(duì)在-770m處施工，每掘進(jìn)155m，較在同等水平低溫環(huán)境下工作效率下降近50%。

（3）技術(shù)人員出現(xiàn)身體不適反應(yīng)。在井下高溫環(huán)境中工作，工作人員體內(nèi)水分大量流失，可能導(dǎo)致員工出現(xiàn)體溫升高，心率加快，心肌無力，頭昏目眩等現(xiàn)象，輕則引起中暑，重則引發(fā)休克，因此地溫現(xiàn)象不容忽略。

3井下氣溫影響因素

（1）受地溫影響。礦井內(nèi)圍巖散發(fā)出來的地球內(nèi)部熱量，它是礦井內(nèi)空氣增溫的主要熱源。

（2）受地面溫度的影響。由于夏季地面長(zhǎng)時(shí)間受到太陽(yáng)輻射從而導(dǎo)致地面溫度升高，從而將地面溫度傳至井下。

（3）空氣壓縮產(chǎn)熱。由于空氣存在重力，在井下受重力影響，空氣被壓縮在井筒中，由于空氣壓縮產(chǎn)生熱量，并且隨著井的深度增加，熱量在不斷增加。

（4）電熱設(shè)備散熱。井下的大型設(shè)備機(jī)械，由于長(zhǎng)時(shí)間工作，內(nèi)部熱量散發(fā)到空氣中引起了氣溫的變化。

4熱害的防治措施

（1）對(duì)巷道布置形式和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇，盡量選擇延伸通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)于區(qū)段平巷可以選擇聯(lián)合布置形式，減小服務(wù)時(shí)間，保持通風(fēng)順暢。

（2）大力推廣先進(jìn)支護(hù)技術(shù)，使巷道斷面進(jìn)一步的擴(kuò)大，同時(shí)還要減小巷道變形，為了加大供風(fēng)量，可采用大風(fēng)機(jī)和大風(fēng)筒。

（3）將下行通風(fēng)方式用在回采工作面中，這樣做有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一，由于工作面落下的煤炭預(yù)熱可以在運(yùn)輸過程中散去;二、回風(fēng)巷設(shè)備散出的熱量不再進(jìn)入工作面;三、由于裝載點(diǎn)出現(xiàn)的降塵水霧被回風(fēng)吸走，可降低工作面的濕度。

（4）合理進(jìn)行通風(fēng)，避免連鎖通風(fēng)?？梢詫?duì)人少和車少的地方進(jìn)行噴水降溫，從而帶走空氣中的熱量。起到凈化回流現(xiàn)象。

（5）對(duì)地溫溫度進(jìn)行實(shí)施測(cè)量，采用高端技術(shù)對(duì)局部高溫區(qū)域進(jìn)行直接降溫。

5降溫方案實(shí)施

某礦熱害問題嚴(yán)峻，地質(zhì)勘探鉆井測(cè)溫結(jié)果表明，該礦井為二級(jí)熱害區(qū)4。通過對(duì)目前熱害防止措施和原理進(jìn)行研究，制定了相關(guān)的降溫方案，并對(duì)方案進(jìn)行了實(shí)施。針對(duì)降溫方案，我們制定了降溫系統(tǒng)，降溫系統(tǒng)分為地面集中制冷系統(tǒng)、井下供冷系統(tǒng)以及輸冷管路系統(tǒng)。下面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

（1）地面集中制冷系統(tǒng)。主要流程為：冷煤回水→蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)→離心式電制冷機(jī)→冷煤水循環(huán)泵→冷煤供水。

地面系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度為2.5°C/18"C，由蒸汽型雙效溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組加離心式冷水機(jī)組串聯(lián)的兩級(jí)制冷裝置實(shí)現(xiàn)。第一級(jí)為蒸汽型雙效溴化鋰機(jī)組，將冷煤回水由18C降至5～7C;第二級(jí)為離心式冷水機(jī)組，將5～7C冷煤水降至2.5°C。每臺(tái)蒸汽型雙效溴化鋰機(jī)組與一臺(tái)離心式冷水機(jī)組組成一個(gè)制冷單元，共計(jì)三個(gè)單元，三個(gè)制冷單元互為備用。

制冷系統(tǒng)配套有水處理系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。水處理系統(tǒng)將硬度較高的原水軟化，為降溫系統(tǒng)提供軟化水。冷卻水系統(tǒng)通過循環(huán)水泵將降溫系統(tǒng)熱量經(jīng)過冷卻塔冷卻供整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)使用。

（2）井下供冷系統(tǒng)。主要流程為：地面冷煤水供水→

三腔冷煤分配器一輸冷供水管→東西部采區(qū)分配站→降溫末端設(shè)備→輸冷回水管→二次循環(huán)水泵→三腔冷煤分配器→地面冷煤水回水。

三腔冷煤分配器（PES）采用德國(guó)西瑪格公司的專利產(chǎn)品，設(shè)計(jì)最大流量960m2/h，它是通過單向閥門組的開或關(guān)，將供冷系統(tǒng)冷煤高壓供水轉(zhuǎn)換為低壓冷煤水，直接送入井下二次供冷系統(tǒng)中，又將井下二次供冷系統(tǒng)的低壓冷煤熱水，送回地面一次供冷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)。二次循環(huán)水泵通過與PES配合，為井下二次循環(huán)提供動(dòng)力。井下降溫末端設(shè)備主要由局部扇風(fēng)機(jī)、空冷器、過濾器、儀表、閥門、配電及控制設(shè)備等組成。

（3）輸冷管路。井下輸冷管路的主干管經(jīng)主井井筒進(jìn)

入-826m水平熱交換硐室后分東西兩翼進(jìn)入東、西流量分配站，之后分為四路分別進(jìn)入東11-2、東13-1、西11-2、西13-1采區(qū)，最后到達(dá)各末端設(shè)備。輸冷管網(wǎng)初設(shè)總長(zhǎng)度達(dá)40000m，在東、西流量分配站、各采區(qū)干管以及各末端設(shè)備均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，以便于較精準(zhǔn)的調(diào)控流量。系統(tǒng)管路采用塑套聚氨酯夾心鋼預(yù)制保溫管，主干管直徑有DN300、DN400兩種規(guī)格，干管及支管直徑有DN200、DN125、DN80、DN65、DN50等規(guī)格。

降溫系統(tǒng)建成后，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，主要采掘面迎頭的溫度降低3°C～5C，濕度由95%～100%降至70%～-90%，降溫效果顯著。

6結(jié)束語(yǔ)

文中以某礦井為例介紹了礦井的組成概況，闡述了礦井的危害和井下氣溫影響因素，根據(jù)該礦井的具體結(jié)構(gòu)制定了相應(yīng)的降溫方案，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試知，主要采掘面迎頭的溫度降低3-5°C，濕度由95%～100%降至70%～90%，降溫效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]王士濤.淺談白集煤礦深部地溫的防治措施[J].煤礦安全，2000（1）：7-8.

[2]吳吉南，曹大成.姚橋煤礦東部地溫預(yù)測(cè)研究[J].陜西煤炭技術(shù)，1999（3）：11-12.

[3]韓良政.劉河煤礦地溫預(yù)測(cè)及分析[J].中國(guó)科技信息，2014（1）：27-28.

[4]石中勇.陶二煤礦擴(kuò)大區(qū)地溫分帶及變化規(guī)律研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010（S1）：63-66.